Sia le cellule animali che quelle vegetali dipendono dall'autofagia in cui viene rimosso il materiale cellulare danneggiato o superfluo. La degradazione dei substrati è fatta dalle proteine. Negli animali, avviene in un organello cellulare chiamato lisosoma e nelle piante e nei lieviti nel vacuolo. Inizialmente, le proteine ​​di degradazione non si trovano nel vacuolo o nel lisosoma; piuttosto, devono essere veicolati da recettori di trasporto su piccole vescicole al loro sito di azione.

Il team del gruppo di ricerca sulla biochimica del trasporto intracellulare della Ruhr-Universität Bochum (RUB), diretto dal dottor Harald Platta, ha dimostrato con successo quanto sia indispensabile il recettore di trasporto Vps10 per il processo.

In un secondo studio, i ricercatori hanno analizzato la proteina Vac8, che regola la fusione delle vescicole piccole e grandi con la membrana del vacuolo in modo che il rispettivo carico possa essere rilasciato all'interno del vacuolo.

I risultati sono stati pubblicati nei mesi di giugno e luglio 2019 nel Rapporti scientifici e Cellula riviste.

Indispensabile per il degrado di substrati complessi

I ricercatori hanno dimostrato che il recettore di trasporto Vps10, che nelle piante e nei lieviti dirige la proteina di degradazione Pro-Pep4 dal reticolo endoplasmatico al vacuolo, non è solo uno dei tanti recettori scambiabili. "Piuttosto, Vps10 contribuisce in modo significativo all'attività del vacuolo durante la degradazione dei componenti propri della cellula trasportando efficacemente Pro-Pep4, "dice Harald Platta.

Senza Vps10, la cui controparte nelle cellule umane è chiamata sortilina, Pro-Pep4 non può essere trasportato in modo efficiente al vacuolo e attivato a Pep4, che si chiama catepsina D nell'uomo.

Mentre la degradazione delle piccole proteine ​​​​e dei ribosomi occasionali nel vacuolo è ancora possibile senza Vps10, è emerso che il degrado di substrati complessi, come perossisomi o mitocondri, non può più avvenire efficacemente senza Vps10 ed è associato ad un malfunzionamento e quindi maturazione inefficiente di Pro-Pep4.

Conseguenze di vasta portata

"I risultati di questo studio sono rilevanti anche per le domande di follow-up, " spiega Platta. "Pep4 determina, Per esempio, la tossicità di vari funghi dannosi per le piante. Inoltre, Pep4 protegge le cellule di lievito dalla formazione spontanea di prioni, cioè particelle proteiche nocive specifiche, mentre la perdita dell'attività di Pep4 si traduce in una durata della vita ridotta. Nei mammiferi, una carenza della catepsina D omologa Pep4 matura porta a disturbi neurodegenerativi. E il malfunzionamento della pro-catepsina D è stato osservato in varie forme di cancro".

Le vescicole e le membrane dei vacuoli devono fondersi tra loro

Il secondo studio ha analizzato la proteina Vac8, che è strettamente correlato alle proteine ​​dei mammiferi placoglobina, un soppressore del tumore, e catenina. Mentre quest'ultimo media i contatti cellula-cellula sulla membrana plasmatica, Vac8 regola la fusione delle membrane delle vescicole di trasporto con la membrana vacuolare all'interno della cellula. Queste sono piccole vescicole contenenti proteine ​​di degradazione o grandi vescicole caricate con i substrati che devono essere degradati.

Contrariamente a quanto si potrebbe supporre, la fusione delle membrane non sembra avvenire legandosi ad altre proteine, ma, come hanno dimostrato i ricercatori, attraverso la coordinazione dei lipidi. "Nel corso dello studio, siamo stati in grado di dimostrare che l'attività di fusione e degradazione del vacuolo nelle cellule carenti di Vac8 potrebbe essere rigenerata dall'aggiunta sperimentale dei blocchi costitutivi lipidici di membrana acido oleico e glicerolo, " dice Harald Platta. Secondo i ricercatori, questo è il motivo per cui Vac8 svolge un ruolo cruciale nella degradazione autofagica di tutti i substrati testati:proteine ​​citosoliche, ribosomi e perossisomi.

Di conseguenza, Vac8 sembra non solo agire come una semplice molecola adattatrice tra due membrane, ma può anche definire la composizione dei lipidi circostanti al fine di preparare il contatto tra le due membrane. "Ciò solleva nuove interessanti domande sull'identità dei tipi di lipidi coinvolti, " come Harald Platta delinea potenziali domande di ricerca future.